CN112534662B - 半导体激光器装置的制造方法和半导体激光器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的半导体激光器装置的制造方法的特征在于，具备：在InP基板之上，以具有台面条纹构造的形状，形成层叠下部包覆层、活性层以及上部包覆层而成的层叠构造；在该层叠构造之上通过溅射法形成第一绝缘膜；通过成膜温度比形成该第一绝缘膜时高的等离子体CVD法，在该第一绝缘膜之上形成比该第一绝缘膜薄的第二绝缘膜；以及在该上部包覆层之上形成第一电极，在该InP基板的背面形成第二电极。

Description

半导体激光器装置的制造方法和半导体激光器装置
技术领域
本发明涉及半导体激光器装置的制造方法和半导体激光器装置。
背景技术
半导体激光器装置成为用于对大容量数据进行通信的超高速且高效率的光网络的关键设备，其可靠性变得越来越重要。例如在通信用的脊型半导体激光器装置中，在活性层的附近配置有绝缘膜。这是为了利用脊和其两侧的折射率差，将光封闭在波导路中。在活性层产生的光渗出到绝缘膜，一部分泄漏到绝缘膜上的电极而被吸收，使效率降低。为了防止上述情况，可以加厚绝缘膜，但这样的话施加到活性层的应力增大，而产生特性的变化或结晶缺陷。另外，若以等离子体形成绝缘膜，则由于对活性层造成损伤，所以存在无法确保可靠性的问题。
在专利文献1中，为了解决上述问题而将绝缘膜设为双层构造，作为第一层，通过成膜温度600℃左右的热CVD法形成膜厚50nm的SiN膜，作为第二层，通过成膜温度300℃左右的等离子体CVD法形成膜厚100nm的SiN膜。在专利文献1中记载有如下内容：通过使第二层的SiN膜的成膜温度低于第一层的SiN膜的成膜温度，从而即使加厚第二层的SiN膜，施加到半导体层的应力也会变低，因此能够确保可靠性。并且，在专利文献1中还记载有如下内容：在第二层的SiN膜的通过等离子体CVD法的成膜时，由于具有第一层的SiN膜，所以等离子体不直接与半导体层接触，还能够防止由等离子体损伤引起的可靠性的降低。
专利文献1：日本特开2010-16281号公报
例如在InP类的通信用半导体激光器中，若通过如热CVD那样的600℃左右的高温成膜来形成绝缘膜，则存在半导体材料热分解的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够减少对活性层的应力以及损伤而提高可靠性的半导体激光器装置的制造方法和半导体激光器装置。
本申请的发明所涉及的半导体激光器装置的制造方法的特征在于，具备：在InP基板之上以具有台面条纹构造的形状，形成层叠下部包覆层、活性层以及上部包覆层而成的层叠构造；在该层叠构造之上通过溅射法形成第一绝缘膜；通过成膜温度比形成该第一绝缘膜时高的等离子体CVD法，在该第一绝缘膜之上形成比该第一绝缘膜薄的第二绝缘膜；以及在该上部包覆层之上形成第一电极，在该InP基板的背面形成第二电极。
本申请的发明所涉及的其他半导体激光器装置的制造方法的特征在于，具备：在InP基板之上，以具有台面条纹构造的形状，形成层叠下部包覆层、活性层以及上部包覆层而成的层叠构造；在该层叠构造之上通过ALD法形成第一绝缘膜；通过溅射法在该第一绝缘膜之上形成比该第一绝缘膜厚的第二绝缘膜；在该上部包覆层之上形成第一电极，在该InP基板的背面形成第二电极。
本申请的发明所涉及的半导体激光器装置的特征在于，具备：InP基板：层叠构造，其在该InP基板之上，以具有台面条纹构造的形状层叠下部包覆层、活性层以及上部包覆层而成；第一绝缘膜，其避开该台面条纹构造的侧面上部，而形成于该台面条纹构造的根部；第二绝缘膜，其使该上部包覆层的上方露出，并且覆盖该第一绝缘膜和该层叠构造；第一电极，其与该上部包覆层电连接；以及第二电极，其形成于该InP基板的背面。
以下阐明本发明的其他特征。
根据本发明，例如，首先通过溅射法形成第一绝缘膜，其后，通过成膜温度比形成第一绝缘膜时高的等离子体CVD法在第一绝缘膜之上形成比第一绝缘膜薄的第二绝缘膜，由此能够减少对活性层的应力以及损伤而提高半导体激光器装置的可靠性。
附图说明
图1是实施方式1、2所涉及的半导体激光器装置的剖视图。
图2是制造途中的半导体激光器装置的剖视图。
图3是制造途中的半导体激光器装置的剖视图。
图4是制造途中的半导体激光器装置的剖视图。
图5是实施方式3所涉及的制造途中的半导体激光器装置的剖视图。
图6是实施方式3所涉及的半导体激光器装置的剖视图。
具体实施方式
参照附图对实施方式所涉及的半导体激光器装置的制造方法和半导体激光器装置附图进行说明。对相同或相应的构成要素标注相同的附图标记，有时省略反复说明。
实施方式1
图1是实施方式1所涉及的半导体激光器装置的剖视图。该半导体激光器装置具备由n型的InP形成的InP基板11。在InP基板11之上形成有n型的下部包覆层12。在下部包覆层12之上形成有活性层13。在活性层13之上依次形成有p型的第一上部包覆层14和p型的第二上部包覆层15。第一上部包覆层14和第二上部包覆层15是分别形成的两个层。但是，也可以在维持形状的同时将这些层集合为一个层。在第二上部包覆层15之上形成有p型的接触层16。
这样，在InP基板11之上形成有层叠下部包覆层12、活性层13、第一上部包覆层14、第二上部包覆层15以及接触层16而成的层叠构造。该层叠构造以具有台面条纹构造(mesastripe structure)的形状形成。在图1的例子中，在第一上部包覆层14之上形成有具有第二上部包覆层15和接触层16的台面条纹构造。在层叠构造中，将哪一个层设为台面条纹构造是任意的。例如，也可以为，利用构成层叠构造的所有的层来形成台面条纹构造。该层叠构造例如能够由GaInAsP类的半导体材料形成。
在层叠构造之上形成有第一绝缘膜17和第二绝缘膜18这两层绝缘膜。第一绝缘膜17和第二绝缘膜18使接触层16的上表面露出，并且覆盖台面条纹构造。在从第一绝缘膜17和第二绝缘膜18露出的接触层16形成有第一电极19。第一电极19作为p侧电极发挥功能。在InP基板11的背面形成有第二电极20。第二电极20作为n侧电极发挥功能。在半导体激光器装置的动作时，对第一电极19与第二电极20之间施加电压，使激光沿图1的纸面近前方向或纸面进深方向释放。
接下来，对实施方式1所涉及的半导体激光器装置的制造方法进行说明。首先，在InP基板11之上形成层叠下部包覆层12、活性层13、第一第二上部包覆层14、15以及接触层16而成的层叠构造。通过对该层叠构造实施光刻以及干式蚀刻，从而使层叠构造成为具有台面条纹构造的形状。图2是表示在InP基板11之上形成有具有台面条纹构造的层叠构造的半导体激光器装置的剖视图。
接着，形成第一绝缘膜17和第二绝缘膜18。图3是形成有第一绝缘膜17和第二绝缘膜18的半导体激光器装置的剖视图。第一绝缘膜17在层叠构造之上通过溅射法形成。第一绝缘膜17的成膜温度能够设为150℃左右。第一绝缘膜17的成膜温度例如在140-160℃的范围。第一绝缘膜17的膜厚例如为300-700nm。第一绝缘膜17的材料只要是绝缘膜即可，不特别限定，例如为SiO膜等氧化膜。
第二绝缘膜18通过比形成第一绝缘膜17时高的成膜温度的等离子体CVD法形成于第一绝缘膜17之上。第二绝缘膜18的成膜温度能够设为300℃左右。第二绝缘膜18的成膜温度例如在290-310℃的范围。第二绝缘膜18比第一绝缘膜17薄。第二绝缘膜18的膜厚例如为100nm以下。第二绝缘膜18的材料只要是绝缘膜即可，不特别限定，例如为SiO膜等氧化膜。
接着，使接触层16露出。图4是接触层16的上表面露出的半导体激光器装置的剖视图。在该工序中，去除第一绝缘膜17和第二绝缘膜18中的形成于台面条纹构造上的部分，使接触层16的上表面露出。
接着，形成第一电极19和第二电极20。图1是形成有第一电极19和第二电极20的半导体激光器装置的剖视图。作为p侧电极发挥功能的第一电极19与接触层16接触地形成于第二上部包覆层15之上，并且覆盖整个第二绝缘膜18。第一电极19的膜厚例如能够设在400nm-500nm的范围。也可以在第一电极19的表面形成Au镀层。其后，实施InP基板11的薄板化，在InP基板11的背面直接或经由导电层形成第二电极20。这样，制造形成有脊的半导体层被绝缘膜覆盖的InP类的半导体激光器装置。该半导体激光器装置例如能够用于通信用途。
在实施方式1所涉及的半导体激光器装置的制造方法中，通过溅射法形成第一绝缘膜17，通过等离子体CVD法形成比第一绝缘膜17薄的第二绝缘膜18。通过采用溅射法，从而能够以低的成膜温度形成应力小的第一绝缘膜17。另一方面，能够使通过成膜温度高且应力大的等离子体CVD法形成的第二绝缘膜18比第一绝缘膜17薄。在上述例子中，将第一绝缘膜17的膜厚设为300-700nm，将第二绝缘膜18的膜厚设为100nm以下。由此，能够减少由形成第一绝缘膜17和第二绝缘膜18引起的对活性层13的应力。
另外，作为与半导体层亦即层叠构造接触的绝缘膜，通过溅射法形成第一绝缘膜17，由此与通过等离子体CVD法形成第一绝缘膜的情况相比，能够减少对半导体层的损伤。另一方面，在溅射法中，由于覆盖性差，所以若绝缘层仅为第一绝缘膜，则可能引起由电极与半导体层的接触引起的特性劣化。因此，通过覆盖性良好的成膜方法亦即等离子体CVD法形成第二绝缘膜18，由此抑制电极与半导体层的接触。因此，能够提高半导体激光器装置的可靠性。
实施方式1所涉及的半导体激光器装置的制造方法和半导体激光器装置能够进行各种变形。例如，能够使半导体激光器装置的各层的导电型反转。也可以采用省略了接触层16的层叠构造。在实施方式1中提到的变形也能够应用于以下实施方式所涉及的半导体激光器装置的制造方法和半导体激光器装置。此外，以下实施方式所涉及的半导体激光器装置的制造方法和半导体激光器装置，由于与实施方式1的共同点多，因此围绕与实施方式1的不同点进行说明。
实施方式2
实施方式2所涉及的半导体激光器装置的制造方法，与实施方式1的相同点在于，以具有台面条纹构造的形状形成层叠构造而得到图2的结构这一点。然而，实施方式2的第一绝缘膜17通过ALD(Atomic Layer Deposition：原子层沉积)法形成于层叠构造之上。第一绝缘膜17的成膜温度能够设为150℃左右。第一绝缘膜17的成膜温度例如在140-160℃的范围。第一绝缘膜17的膜厚例如为100nm以下。第一绝缘膜17的材料只要是绝缘膜即可，不特别限定，例如为SiO膜等氧化膜。
在实施方式2中，通过溅射法在第一绝缘膜17之上形成比第一绝缘膜17厚的第二绝缘膜18。第二绝缘膜18的成膜温度能够设为150℃左右。第二绝缘膜18的成膜温度例如为140-160℃的范围。第二绝缘膜18的膜厚例如为300-700nm。第二绝缘膜18的材料只要是绝缘膜即可，不特别限定，例如为SiO膜等氧化膜。
接着，如图4所示，去除接触层16上的第一绝缘膜17和第二绝缘膜18而使接触层16的上表面露出。其后，形成第一电极19和第二电极20而得到图1的结构，这一点与实施方式1相同。即，在第二上部包覆层15之上以与接触层16接触的方式形成第一电极19，在InP基板11的背面直接或经由导电层形成第二电极20。
在实施方式2所涉及的半导体激光器装置的制造方法中，通过ALD法形成第一绝缘膜17，通过溅射法形成比第一绝缘膜17厚的第二绝缘膜18。通过采用ALD法，能够形成覆盖性优异、成膜温度低、且应力小的第一绝缘膜17。并且，通过采用溅射法，从而能够形成成膜温度低、应力小的第二绝缘膜18。实施方式2的第一绝缘膜17和第二绝缘膜18这两者均是比通过等离子体CVD法形成的膜低的应力，因此能够减少对活性层13的应力以及损伤，而提高半导体激光器装置的可靠性。另外，使通过成膜速率小的ALD法形成的第一绝缘膜17薄，并且使通过成膜速率大的溅射法形成的第二绝缘膜18比第一绝缘膜17厚，由此能够缩短成膜所需的时间。
实施方式3
实施方式3所涉及的半导体激光器装置的制造方法，与实施方式1的相同点在于，以具有台面条纹构造的形状形成层叠构造而得到图2的结构这一点。在形成图2的结构后，形成第一绝缘膜17。例如形成形状与图3的第一绝缘膜17相同的第一绝缘膜。第一绝缘膜17的成膜方法、成膜温度以及膜厚例如与实施方式1的第一绝缘膜17相同。
在形成该第一绝缘膜17后，形成第二绝缘膜18之前，对第一绝缘膜的一部分进行蚀刻，而将第一绝缘膜17残留在台面条纹构造的根部。具体而言，在第一绝缘膜17形成抗蚀层，通过光刻以及干式蚀刻处理，仅在台面条纹构造的底部附近残留第一绝缘膜17A。在图5中示出有通过蚀刻而残留在台面条纹构造的根部的第一绝缘膜17A。在图5的例子中，第一绝缘膜17A残留在台面条纹构造的侧面下部和第一上部包覆层14之上。第一绝缘膜17A例如避开台面条纹构造的侧面上部，而形成于台面条纹构造的根部。
这样，在通过蚀刻去除第一绝缘膜17的一部分后，形成第二绝缘膜18。在图5中示出有第二绝缘膜18。第二绝缘膜18能够通过与实施方式1的第二绝缘膜18相同的成膜方法、成膜温度以及膜厚来形成。
接着，去除台面条纹构造的上表面的第二绝缘膜18而使接触层16露出。由此，第二绝缘膜18使第二上部包覆层15的上方露出，并且覆盖第一绝缘膜17和层叠构造。接着，以与接触层16接触的方式形成作为p侧电极发挥功能并与第二上部包覆层15电连接的第一电极19。接着，实施InP基板11的薄板化，在InP基板11的背面侧形成第二电极20，来制造图6所示的半导体激光器装置。
第一绝缘膜17A由于是溅射膜，因此覆盖可能不充分。在实施方式3中，将第一绝缘膜17A仅配置在台面条纹构造的根部。由此，减少由于覆盖性不充分的第一绝缘膜17A而导致电极与半导体层接触的可能性，从而能够防止特性劣化。另外，第二绝缘膜18为通过等离子体CVD法形成的成膜温度高且应力大的膜。因此，通过将该第二绝缘膜18例如设为100nm以下，使其比第一绝缘膜17A，而减少对活性层13的应力的施加。另一方面，为了确保整个绝缘膜具有足够的厚度，使成膜温度低且应力小的溅射膜即第一绝缘膜17A比第二绝缘膜18厚。通过将溅射膜设为第一绝缘膜17A从而能够减少对活性层13的损伤。
附图标记说明
11...InP基板；12...下部包覆层；13...活性层；14...第一上部包覆层；15...第二上部包覆层；16...接触层；17...第一绝缘膜；18...第二绝缘膜；19...第一电极；20...第二电极。

Claims (8)

1.一种半导体激光器装置的制造方法，其特征在于，具备：
在InP基板之上，以具有台面条纹构造的形状，形成层叠下部包覆层、活性层以及上部包覆层而成的层叠构造；
在所述台面条纹构造的侧面、和所述台面条纹构造的左右的比所述台面条纹构造低的低地部分通过溅射法形成第一绝缘膜；
通过成膜温度比形成所述第一绝缘膜时高的等离子体CVD法，在所述第一绝缘膜之上形成比所述第一绝缘膜薄的第二绝缘膜；以及
在所述台面条纹构造的上表面形成第一电极，在所述InP基板的背面形成第二电极。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器装置的制造方法，其特征在于，
所述第一绝缘膜的成膜温度为140-160℃，所述第二绝缘膜的成膜温度为290-310℃。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器装置的制造方法，其特征在于，
所述第一绝缘膜的膜厚为300-700nm，所述第二绝缘膜的膜厚为100nm以下。
4.根据权利要求1或2所述的半导体激光器装置的制造方法，其特征在于，具备：
在形成所述第一绝缘膜后，形成所述第二绝缘膜之前，对所述第一绝缘膜的一部分进行蚀刻，而将所述第一绝缘膜残留在所述台面条纹构造的侧面下部、和所述低地部分的所述台面条纹构造的根部侧的部位。
5.根据权利要求3所述的半导体激光器装置的制造方法，其特征在于，具备：
在形成所述第一绝缘膜后，形成所述第二绝缘膜之前，对所述第一绝缘膜的一部分进行蚀刻，而将所述第一绝缘膜残留在所述台面条纹构造的侧面下部、和所述低地部分的所述台面条纹构造的根部侧的部位。
6.一种半导体激光器装置的制造方法，其特征在于，具备：
在InP基板之上，通过对层叠下部包覆层、活性层以及上部包覆层而成的层叠构造实施干式蚀刻而形成具有平坦的侧面且左右露出所述层叠构造的任一层的表面的台面条纹构造；
在所述台面条纹构造的所述侧面、和所述台面条纹构造的左右的比所述台面条纹构造低的低地部分通过ALD法形成第一绝缘膜；
通过溅射法在所述第一绝缘膜之上形成比所述第一绝缘膜厚的第二绝缘膜；以及
在所述台面条纹构造的上表面形成第一电极，在所述InP基板的背面形成第二电极。
7.根据权利要求6所述的半导体激光器装置的制造方法，其特征在于，
所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜的成膜温度为140-160℃。
8.根据权利要求6或7所述的半导体激光器装置的制造方法，其特征在于，
所述第一绝缘膜的膜厚为100nm以下，所述第二绝缘膜的膜厚为300-700nm。
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